REFRAÇÃO DA LUZ
Setor 1210
aula 04 e 05
Prof. Calil
Quando a luz passa de um meio transparente para
outro meio diferente, também transparente, o valor
da sua velocidade modifica-se. Este fenômeno é denominado REFRAÇÃO DA LUZ. A direção da
propagação da luz pode ou não ser modificada, dependendo da forma com que a luz incide na superfície de
separação dos meios, denominada fronteira.
Este fenômeno dá a falsa impressão de que um lápis, quando mergulhado num copo com água,
está quebrado. Estuda-se a refração com radiação monocrática (uma única cor), pois se a luz
for policromática como a luz que vem do Sol, quando ela atravessa um meio diferente do ar ou
vácuo, como o vidro de um prisma, irá se dividir em sete cores. Então, um único problema de
refração terá sete respostas, uma para cada cor
Elementos da Refração
São retas, pontos e ângulos que representam a luz e o que ocorre com ela, no fenômeno
da refração. Utilizando estes elementos conseguimos construir graficamente as imagens
produzidas pelos sistemas ópticos nos quais acontece o fenômeno. São eles:
a
meio de incidência = ni
a = raio de luz incidente
N
N = Normal ( perpendicular à fronteira)
i = ângulo de incidência
i
fronteira
b = raio de luz refratado
r = ângulo de refração
r
meio da refração = nr
ni = índice de refração absoluto do meio de incidência
nr = índice de refração absoluto do meio de refração
b
Índice de Refração absoluto (n)
Cada meio apresenta um grau de dificuldade para a passagem da luz. Assim, a luz encontra
mais facilidade em se propagar no ar do que se propagar dentro da água. Para indicar qual é o
grau de dificuldade que um meio oferece à passagem da luz, associamos ao meio um valor
denominado índice de refração = n. O melhor meio para a luz se propagar é o vácuo ou o ar
(o ar se comporta de forma semelhante ao vácuo). Para estes meios, vácuo ou ar, que são os
meios padrões, atribuiu-se o valor 1, como seu índice de refração (grau de dificuldade para a
propagação da luz). Para os outros meios associam-se valores maiores que 1, para indicar a
dificuldade que eles oferecem à propagação da luz, que chamamos de “índice absoluto de
refração”, ou simplesmente “índice de refração = n”. Exemplificando: se o índice de refração
de um certo tipo de cristal é nC = 2, então neste cristal a luz encontra o dobro da dificuldade
para se propagar do que se estivesse se propagando no vácuo ou no ar. Neste cristal, a
velocidade da luz terá a metade do valor da velocidade que tem no vácuo ou ar. A velocidade da
luz no vácuo, semelhante a do ar, representada pela letra c, é de 3.108 m/s ou 300.000
km/s. Este é o maior valor possível para a velocidade que um corpo possa atingir, ou a
velocidade limite para propagação a energia. No cristal considerado, cujo índice de refração vale
n = 2, a velocidade da luz será de 150.000 km/h.
Algebricamente, calcula-se o índice de refração de um meio X, pela expressão:
nx = c ÷ vx , sendo vX a velocidade da luz no meio X
O índice de refração = n, não tem unidade.
Leis da Refração
1-
O raio incidente (a), a normal (N), e o raio refratado estão num único plano, o plano
de incidência.
2- Lei de Snell-Descartes
sen i. ni
= sen r. nr
meio de onde a luz vem
meio para onde a luz vai
Observações finais
a) Denominamos “refringência” a dificuldade que o meio apresenta para a propagação da
luz (refringência = dificuldade). No meio mais refringente (mais
difícil), a luz se propaga com velocidade menor, e o índice de refração do meio é grande. No
meio menos refringente (mais fácil ou menos difícil), a luz se
propaga com velocidade maior, e o índice de refração do meio é pequeno, sendo no mínimo igual a 1.
meio mais refringente
b) No meio mais refringente ( n> e Vluz <), a luz se
i ni
aproxima da normal.
No meio menos refringente (n< e Vluz >) a luz se
afasta da normal.
meio menos refringente
r
nr < ni
r>i
N
c)
0
I=0
r=0
Um caso particular da refração é quando o ângulo
de incidência é i = 00. Neste caso temos:
sen i. ni = sen r. nr  sen. 0o. ni = sen r . nr
Como sen 00 = 0, vem: 0.ni = sen r. nr. Então:
0 = sen r. nr Mas nr é sempre diferente de zero,
portanto: sen r = 0
r = 00
Se i = 00, resulta que o ângulo de refração é igual a zero. Significa que a luz, ao
passar de um meio para outro, muda o valor da sua velocidade, mas não muda a direção
de propagação. Lembrar que os ângulos são sempre medidos entre o raio de luz e a
normal.
d) REFLEXÃO TOTAL - ÂNGULO LIMITE
Quando a luz vai do meio mais refringente
ni
Reflexão Total
(n maior) para outro meio menos refringente
(n menor), ela se afasta da normal. Existe um
i
l
ângulo de incidência l, ao qual corresponderá
um ângulo de refração r = 90o. Este ângulo
denomina-se ângulo limite, e é calculado por:
sen i.ni = sen r.nr
sen l.ni = sen 900.nr
sen l.ni = nr :
sen l = nr (menor) ÷ ni
r
r = 900
nr › ni
(maior)
Quando a luz incide sob um ângulo
maior que l, ela não se refrata, mas se reflete. É a reflexão total, que explica a
formação das miragens nos desertos, ou a impressão que o asfalto da estrada, em dias
muito quentes, está molhado.